三重大学ウェブシラバス

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科目の基本情報

開講年度	2021 年度
開講区分	工学部電気電子工学科／総合工学科電気電子工学コース・専門教育

受講対象学生	学部(学士課程) : 2年次
選択・必修	必修
授業科目名	量子力学I
	りょうしりきがくI
	Quantum Mechanics I
単位数	2 単位
ナンバリングコード	EN-EMAT-2

開放科目	非開放科目
開講学期	後期
開講時間	木曜日 5, 6時限
授業形態	ハイブリッド授業 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい「オンライン授業」・・・オンライン会議ツール等を利用して実施する同時双方向型の授業「ハイブリッド授業」・・・「対面授業」と「オンライン授業」を併用した授業「オンデマンド授業」・・・動画コンテンツの配信等によって実施する授業
開講場所
担当教員	中村　浩次（工学研究科物理工学専攻）
担当教員	NAKAMURA, Kohji
SDGsの目標
連絡事項	* 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい

学修の目的と方法

授業の概要	電子デバイスの原理やそれを構成する半導体や誘電体など電子材料を学ぶうえで、量子力学はその基礎科目に位置付けられます。本講義では、物質の波動性と粒子性、不確定性原理、シュレーディンガー方程式など、量子力学の基礎を学習します。具体的に、箱の中の自由粒子、調和振動子、水素原子、散乱問題などの一粒子系の簡単な問題を通して、シュレーディンガー方程式を解き、その物理的な意味を考察します。また、行列表示による量子力学について学習します。
学修の目的	本講義では，量子力学の基本法則と一粒子系における量子力学の基本的な問題として、以下の項目を習得することを目的とします。①一粒子の波動関数　②波動関数と物理量、③中心力場内の粒子、④粒子の散乱、⑤行列と状態ベクトル。
学修の到達目標	量子力学の基本法則と一粒子系における量子力学の基本的な問題の解法を身につけ、電子デバイスの原理、電子材料の物理的性質、デバイス設計に対する基礎的知識を理解する。
ディプロマ・ポリシー	○ 学科・コース等の教育目標　多面的な思考能力と素養：日本や世界各国の種々の時代や地域には、多様な考え方が存在していることを学び、様々な立場から互いの意見を尊重して相互に理解できる。【認知的領域】　技術者倫理：電気電子工学の基礎知識を身につけ、科学技術が社会や自然環境に及ぼす影響を理解し、責任ある技術者として行動できる。【情意的領域】 ○基礎知識と専門知識：数学、自然科学、情報技術、並びに電気電子工学に関する基礎及び専門知識を修得し、それらの知識を応用できる。【認知的領域】　デザイン能力・ものづくり能力：電気電子工学の基礎と専門知識を基にして、関連した情報の収集を図り、課題を解決する手法を提案でき、それに基づいて「ものづくり」を行える。【技能表現領域】　コミュニケーション能力：実験した内容や考察した内容、調査した内容を図、表等を利用して文書により表現し、他人に説明できる能力、討論を行える。専門とする分野の英語で書かれた文献について理解し、説明できる。【技能表現領域】　自主的継続的学習能力：電気電子工学に関連する種々の分野に関心を持ち、未知な分野が広がっていることを感じて、自主的、継続的な学習が必要であることを認識できる。【情意的領域】　制約下での仕事の推進・統括：電気電子工学分野の基礎に関する与えられた課題または自ら設定した課題について、計画的に物事を進め、期限までにまとめて報告書を提出できる。【認知的領域】 ○ 全学の教育目標感じる力　感性　共感 ○主体性考える力　幅広い教養 ○専門知識・技術　論理的・批判的思考力コミュニケーション力　表現力(発表・討論・対話) 　リーダーシップ・フォロワーシップ　実践外国語力生きる力 ○問題発見解決力　心身・健康に対する意識　社会人としての態度・倫理観 ○ JABEE 関連項目
成績評価方法と基準	確認テストやレポート等（３０％）と期末試験（７０％）で評価する。
授業の方法	講義
授業の特徴	PBL 特色ある教育英語を用いた教育
授業改善の工夫	本講義は教科書に沿って行う。講義中の演習を通して学生自らが問題を解決する能力を養うようにする。
教科書	量子力学I(小出昭一郎著、裳華房出版)
参考書
オフィスアワー	毎週金曜日12:00-12:50、場所：第二合同棟６４０２号室電子メール：nakamura.kohji@mie-u.ac.jp（訪問予定をE-mailで尋ねてください。）
受講要件
予め履修が望ましい科目	基礎線形代数学I&II、基礎微分積分学I&II、基礎物理学I&II&IIA、常微分方程式、ベクトル解析、フーリエ解析と偏微分方程式、複素関数論
発展科目	量子力学II
その他

授業計画

MoodleのコースURL

キーワード	物質の波動性と粒子性、波動関数、シュレーディンガー方程式、中心力場内の粒子、散乱問題、行列と状態ベクトル
Key Word(s)	wave-like behavior of matter, wavefunction, Schrödinger equation, particle in central field, scattering problem, matrix and state vector
学修内容	第１回：はじめに（講義内容と量子力学について）第２回：一粒子の波動関数（確率の波、不確定性原理、波束の運動、定常状態）第３回：一粒子の波動関数（箱の中の自由粒子、調和振動）第４回：波動関数と物理量（固有関数の直交性、フーリエ級数とフーリエ積分）第５回：波動関数と物理量（物理量と演算子、固有値と期待値、波動関数と不確定性原理）第６回：波動関数と物理量（群速度と波束の崩壊、δ関数と位置の固有関数、確率の流れ）第７回：中心力場内の粒子（極座標で表したシュレーディンガー方程式）第８回：中心力場内の粒子（球関数と角運動量）第９回：中心力場内の粒子（水素原子、球形の箱の中の粒子、3次元調和振動子）第１０回：粒子の散乱（散乱の古典論、ラザフォード散乱の古典論、トンネル効果）第１１回：粒子の散乱（ボルン近似、ラザフォード散乱の波動力学的取扱い）第１２回：行列と状態ベクトル（3次元ベクトル、n次元複素ベクトル空間）第１３回：行列と状態ベクトル（、無限次元のベクトルとしての関数、状態ベクトル）第１４回：行列と状態ベクトル（行列表示の具体例、可換性と同時観測可能性、行列対角化の例）第１５回：行列と状態ベクトル（シュレーディンガー表示とハイゼンベルク表示、ハイゼンベルクの運動方程式）第１６回：期末試験
事前・事後学修の内容	各回で関係する内容について事前・事後学習内容を示す。
事前・事後学修の内容	事前学修の時間:120分/回　　　事後学修の時間:120分/回